CN103708456B - 制备电石的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种制备电石的方法，该方法包括：将碳基原料进行干燥处理，以便获得经过干燥的碳基原料；将经过干燥的碳基原料和钙基原料分别进行粉碎处理，以便获得碳基粉末和钙基粉末；将碳基粉末和钙基粉末进行混合处理，以便获得混合物料；将混合物料进行成型处理，以便获得块状物料；将块状物料进行热解处理，以便获得高热值合成气体、焦油和热解固体产物，其中，所述热解固体产物含有焦炭、半焦、炭黑和生石灰；以及将热解固体产物在温度不低于450摄氏度时输入至电弧炉中，以便在电弧炉中进行冶炼处理，并且获得电石。利用上述方法可以显著降低冶炼能耗和生产成本，同时可以进一步提高制备电石的效率和质量。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，具体而言，本发明涉及制备电石的方法。
背景技术
电石即碳化钙（CaC2），上世纪中叶之前被誉为有机合成之母。目前主要用于生产氯乙烯基、醋酸乙烯基和丙烯酸基等系列产品，我国70%以上的PVC（聚氯乙烯）生产源于电石乙炔。电石对我国的经济发展具有十分重要的作用，近十余年来的产量不断增长，2012年产量达1869万吨。
尽管电石工业的发展已有100多年的历史，但其生产技术依旧比较落后。目前仍然采用固定床（移动床）—块状原料—电弧加热的方法，该工艺反应温度高（2000～2200摄氏度），反应时间长（1～2小时），每吨电石（纯度80%）的能耗高达3250kw·h，热效率仅为50%。
显然，我国的可持续发展战略迫切要求尽快解决电石生产的高能耗问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备电石的方法，利用该方法可以提高热量利用率和生产效率，降低生产成本、降低能耗和污染。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备电石的方法，该方法包括：将碳基原料进行干燥处理，以便获得经过干燥的碳基原料；将所述经过干燥的碳基原料和钙基原料分别进行粉碎处理，以便获得碳基粉末和钙基粉末；将所述碳基粉末和钙基粉末进行混合处理，以便获得混合物料；将所述混合物料进行成型处理，以便获得块状物料；将所述块状物料进行热解处理，以便获得高热值合成气体、焦油和热解固体产物，其中，所述热解固体产物含有选自焦炭、半焦、炭黑中的至少一种和生石灰；以及将所述热解固体产物在温度不低于450摄氏度时输入至电弧炉中，以便在所述电弧炉中进行冶炼处理，并且获得所述电石。
由此，本发明实施例的制备电石的方法将原煤和生石灰粉碎成超细粉的形式，并进行共热解得到制备电石的直接原料焦炭、半焦或者炭黑和生石灰的混合物，并进一步地利用该直接原料热送至电弧炉中制备电石。因此该方法将电石原料的制备和电石的生产结合在一起，利用原煤和生石灰即可直接制备得到电石。避免了现有制备电石的方法采用焦炭、半焦或者炭黑和生石灰为原料制备电石的局限性。且本发明上述实施例的制备电石的方法将原煤和生石灰进行粉碎后热解、冶炼，可以显著提高碳基粉末和钙基粉末的接触面积，提高二者的反应活性，由此可以显著降低冶炼能耗，以便进一步降低生产成本。同时可以进一步提高制备电石的效率和质量。
另外，根据本发明上述实施例的制备电石的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述碳基原料为原煤、轮胎、城市生活垃圾和生物质中至少一种，所述钙基原料为生石灰、石灰石和熟石灰中的至少一种。由此可以进一步降低制备电石的生产能耗。
在本发明的一些实施例中，用于所述干燥处理的饱和蒸汽的压力为0.8MPa。由此可以进一步提高干燥效率。
在本发明的一些实施例中，所述碳基粉末和钙基粉末的平均粒度均为小于50微米，优选地，所述碳基粉末和钙基粉末的平均粒度均为小于10微米。由此可以提高碳基粉末和钙基粉末接触面积，以便进一步降低热解和冶炼能耗。
在本发明的一些实施例中，所述块状物料的当量直径为10～40毫米。由此可以进一步提高冶炼效率。
在本发明的一些实施例中，所述碳基粉末和钙基粉末按照质量比为1：0.8～2.1进行混合处理。由此可以进一步提高电石产率。
在本发明的一些实施例中，所述热解处理是在450～1000摄氏度下进行1小时。由此可以进一步提高热解效率，节约热解能耗。
在本发明的一些实施例中，所述热解处理是在800摄氏度下进行1小时。由此可以进一步提高热解效率，节约热解能耗。
在本发明的一些实施例中，所述冶炼处理是在1400～2000摄氏度下进行5～90分钟。由此可以进一步提高热解效率，节约热解能耗。
在本发明的一些实施例中，所述冶炼处理是在1600～1800摄氏度下进行10～12分钟。由此可以进一步提高热解效率，节约热解能耗。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的制备电石的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备电石的方法，该方法包括：将碳基原料进行干燥处理，以便获得经过干燥的碳基原料；将所述经过干燥的碳基原料和钙基原料分别进行粉碎处理，以便获得碳基粉末和钙基粉末；将所述碳基粉末和钙基粉末进行混合处理，以便获得混合物料；将所述混合物料进行成型处理，以便获得块状物料；将所述块状物料进行热解处理，以便获得高热值合成气体、焦油和热解固体产物，其中，所述热解固体产物含有选自焦炭、半焦、炭黑中的至少一种和生石灰；以及将所述热解固体产物在温度不低于450摄氏度时输入至电弧炉中，以便在所述电弧炉中进行冶炼处理，并且获得所述电石。
由此本发明实施例的制备电石的方法将原煤和生石灰粉碎成超细粉的形式，并进行共热解得到制备电石的直接原料焦炭、半焦或者炭黑和生石灰的混合物，并进一步地利用该直接原料热送至电弧炉中制备电石。因此该方法将电石原料的制备和电石的生产结合在一起，利用原煤和生石灰即可直接制备得到电石。避免了现有制备电石的方法采用焦炭、半焦或者炭黑和生石灰为原料制备电石的局限性。且本发明上述实施例的制备电石的方法将原煤和生石灰进行粉碎后热解、冶炼，可以显著提高碳基粉末和钙基粉末的接触面积，提高二者的反应活性，由此可以显著降低冶炼能耗，以便进一步降低生产成本。同时可以进一步提高制备电石的效率和质量。
S100：干燥处理
根据本发明的具体实施例，首先碳基原料进行干燥，以便获得经过干燥的碳基原料。根据本发明的具体实施例，碳基原料的类型并不受特别限制，例如可以为原煤、轮胎、城市生活垃圾和生物质中至少一种。由此可以扩大现有制备电石碳基原料的选择范围，避免仅以焦炭、半焦或者炭黑为原料制备电石的限制。根据本发明的具体实施例，可以选择的钙基原料的类型也并不是受特别限制，例如可以为生石灰、石灰石和熟石灰中的至少一种。由此可以扩大现有制备电石钙基原料的选择范围，避免仅以氧化钙为原料制备电石的限制。由此通过选择原煤、轮胎和生物质中至少一种为碳基原料，选择生石灰、石灰石和熟石灰中的至少一种为钙基原料，可以进一步扩大本发明实施例的制备电石方法的使用范围，降低原料成本，使其更加适用于工业化大生产。
由于原料中水的析出温度较低，可低于200℃，因此干燥温度较低，能耗较低；而热解温度较高，高于450℃，若在热解过程中将原料中的水除去，则水蒸气温度达到400℃以上，能耗很高；并且电石冶炼过程中若有水的存在，则水会迅速与刚生成的电石反应，降低电石产品品质。因此根据本发明的具体实施例，对碳基原料进行干燥，使得经过干燥的碳基原料的含水量低于5%，由此可以进一步节省能耗，提高产品电石的质量。根据本发明的具体实施例，当选择的钙基原料生石灰、石灰石或者熟石灰的含水量较高时，也可以对其进行干燥，使其含水量低于5%。
根据本发明的具体实施例，上述对碳基原料或者钙基原料进行干燥处理的方式并不受特别限制，可采用烟气、氮气、水蒸气等惰性气体直接干燥方式或水蒸气、烟气间接干燥方式。例如也可以采用饱和蒸汽进行干燥。根据本发明的具体示例，饱和蒸汽的温度并不受特别限制，根据本发明的具体示例，用于干燥处理的饱和蒸汽的压力为0.8MPa，由此可以进一步提高碳基原料和钙基原料的干燥效率。根据本发明的具体实施例，经过干燥处理后的碳基原料和钙基原料的含水量低于5%。
S200：粉碎处理
根据本发明的具体实施例，将经过干燥的碳基原料和钙基原料分别进行粉碎处理，以便获得碳基粉末和钙基粉末。根据本发明的具体实施例，所得碳基粉末和钙基粉末的粒径大小并不受特别限制。发明人发现，将碳基原料和钙基原料进行粉碎成粒度较小的粉末可以有效降低电石冶炼温度。根据本发明的具体实施例，可以将碳基原料和钙基原料破碎至平均粒径为小于50微米的碳基粉末和钙基粉末，优选破碎至平均粒度为小于10微米。由此，将碳基原料和钙基原料以超细粉的形式进行混合，使得碳基原料和钙基原料可以充分进行接触，提高了二者反应活性，由此进一步降低冶炼处理的反应温度，缩短反应时间，降低反应能耗和生产成本。
S300：混合处理
进一步地，将粉碎后的碳基粉末和钙基粉末进行混合处理，从而可以获得混合物料。根据本发明的具体示例，碳基粉末和钙基粉末的混合配比并不受特别限制。本发明的发明人发现，在后续的热解处理过程中生成的生石灰可以与碳基粉末中的硫以及硅和铝反应，因此仅通过理论量选择配比并不能使得原料充分反应。进而发明人通过适当提高钙基粉末的用量，发现可以显著提高电石冶炼原料的质量。由此，通过大量实验摸索，发明人发现将碳基粉末和钙基粉末按照质量比为1：0.8～2.1进行混合处理，可以使得热解处理后得到的热解固体产物中含有生石灰和选自焦炭、半焦和炭黑中的一种的比例适中，由此可以显著提高冶炼处理后制备得到的电石的产率和质量，进而有效避免了过程中生石灰的消耗导致制备得到的电石原料中的生石灰和选自焦炭、半焦和炭黑中的一种的配比不合适，显著影响后续制备电石的产率和产量，同时还可避免配比不合适导致反应不完全，部分原料的浪费。
由此将碳基粉末和钙基粉末按照质量比为1：0.8～2.1进行混合处理。可以进一步提高钙基粉末和碳基粉末的充分反应，避免原料的浪费，以便进一步提高电石产率。
S400：成型处理
将以上所得混合物料进行混合成型处理，从而可以获得块状物料。根据本发明的实施例，混合成型处理的方法并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，可以采用加压成型进行混合成型处理。根据本发明的实施例，所得块状物料的粒度并不受特别限制。发明人发现，块状物料当量直径若过大，则不利于传热进行，会使煅烧时间显著增加，成本增大；若当量直径过小，则煅烧过程中易使料块空隙率显著减小，同样不利于传热。因此，根据本发明的具体实施例，块状物料的当量直径可以为10～40毫米，根据本发明的具体实施例，块状物料的粒度可以为32*25*18mm。由此可以进一步提高传热效果，以便进一步提高后续煅烧效率。同时，通过碳基粉末和钙基粉末进行混合成型处理，可以显著增加后续经过煅烧处理所得生石灰和半焦的接触点。由此，可以利用上述方法制备得到的电石冶炼原料制备电石可以显著提高反应效率，降低电石的冶炼温度和冶炼时间，从而降低电石生产能耗和成本。
S500：热解处理
根据本发明的具体实施例，将上述得到的块状物料进行热解处理，以便获得高热值合成气体、焦油和热解固体产物，其中，热解固体产物含有生石灰和选自焦炭、半焦和炭黑中的一种。由此热解过程使得碳基原料和钙基原料接触的更加紧密，更加有利于降低后续冶炼的温度和冶炼时间，进而显著降低生产能耗。
根据本发明的具体实施例，热解处理的具体条件并不受特别限制，根据本发明的具体示例，可以在450～1000摄氏度下进行1小时。由此可以进一步提高热解效率，以便将碳基粉末和钙基粉末充分地热解得到可用于制备电石的焦炭、半焦、炭黑之一和生石灰的热解固体产物，进而提高电石的产率和质量。
根据本发明的具体示例，热解处理还可以优选在800摄氏度下进行1小时。由此可以在充分热解混合物料的前提下尽可能地节约能耗，以便进一步提高热解效率和降低生产成本和能耗。
S600：冶炼处理
将上述热解处理后得到的热解固体产物在温度不低于450摄氏度时输入至电弧炉中，以便在电弧炉中进行冶炼处理，并且获得电石。由此利用了热解固体产物的显热可以有效降低电弧炉的能耗，同时对碳基粉末和钙基粉末进行成型处理，可以有效提高电弧炉冶炼效率。
根据本发明的实施例，冶炼处理的条件并不受特别限制，由于预先将碳基原料和钙基原料粉碎成粒度较小的超细粉状，增大了碳基粉末和钙基粉末间的接触面积，由此可以提高二者的反应活性，进而可以显著降低冶炼能耗。同时将热解得到的固体产物直接热送至电弧炉可以进一步降低冶炼能耗。例如，冶炼处理可以在1400～2000摄氏度下进行5～90分钟。该方法相对于传统冶炼制备电石的必须温度2000～2300摄氏度显著降低了能耗。并且上述方法首先将碳基原料和钙基原料混合后进行热解，热解过程使得碳基原料和钙基原料接触的更加紧密，由此更加有利于降低冶炼的温度和冶炼时间。进而在保证电石产品质量和产率的同时显著降低了能耗，节约了成本。本发明制备电石的方法可以以最小能耗进行电石冶炼，通过采用粒度在50微米以下，可以显著降低冶炼处理的温度，并其本发明巧妙地应用了热解处理后得到的含有生石灰和选自焦炭、半焦和炭黑中的一种的电石原料显热，将电石原料直接进行冶炼，从而进一步降低了冶炼的温度和冶炼时间，由此可以显著降低制备电石的能耗。
根据本发明的具体实施例，优选的，冶炼处理可以在1600～1800摄氏度下进行10～12分钟。该步骤中，焦炭、半焦或炭黑与氧化钙反应生成熔融态的电石和一氧化碳，其中，熔融态的电石通过电弧炉炉底以液态形式排出，冷却后粉碎得到电石产品；而产生的一氧化碳可以作为冶炼工业中的还原气体使用。
本发明首先将碳基原料和钙基原料进行热解，获得可以直接制备电石的原料即包含焦炭、半焦或炭黑和生石灰的热解后固体混合物，并进一步将该混合物直接热送至电弧炉冶炼制备电石。由此充分利用的焦炭、半焦或炭黑和生石灰热解后的显热，为后续的冶炼处理节省了大量的热源，进而利用该方法制备电石不仅将原料上升为了原煤、废旧轮胎、生物质和石灰石等，扩大了制备电石原料的选择范围，同时还显著降低了冶炼成本和能耗。
根据本发明的具体实施例，如无特殊标识，本文中含量%均表示质量含量。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例
原料：
以生石灰为钙基原料，其中CaO含量为92%。
以褐煤为碳基原料，该褐煤的主要性质见表1。
表1
| 项目 | 单位 | 数值 | 备注 |
| 全水 | % | 37 | 收到基 |
| 固定碳 | % | 58 | 干基 |
| 挥发分 | % | 33 | 干基5 --> |
| 灰分 | % | 9 | 干基 |
制备方法：
首先，采用间接管式滚筒干燥装置对长焰煤进行干燥，干燥热源为0.8MPa的饱和蒸汽，干燥后褐煤水分为0.5%。
干燥后褐煤用球磨机进行粉碎，粉碎后的平均粒度均为小于10微米。
将粉碎后的超细粉状的褐煤粉末和生石灰（平均粒径为小于10微米）和按照1：1.04的质量配比在强力混料机中混合，以便混合充分。将混合后得到的混合物进行挤压成型，型球粒度为32*25*18mm。
将型球送入无热载体热解蓄热式旋转床中，按照布料厚度为100mm，热解温度为800℃，热解时间为1小时进行热解处理。热解产物及产率如表2所示。
表2
| 产品 | 产率（%） |
| 固体产物 | 81.38 |
| 焦油 | 3.92 |
| 煤气 | 9.31 |
| 热解水 | 5.39 |
注：以原料型球为基准。
热解后得到的固体产物中含62.74%的生石灰，37.26%的半焦，其中生石灰中CaO含量为92%，半焦中固定碳含量为82.86%。
热解固体产物的温度为750℃，直接将热解后的固体产物热送至电弧炉中，加热至1680℃，冶炼12min后降温。得到的产品电池为熔融状态从炉底排出，冷却后粉碎。产品电石中含碳化钙78.57%，发气量为275L/kg。
利用上述工艺制备电石可节能28%，能量利率用提高15%。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种制备电石的方法，其特征在于，包括：
将碳基原料进行干燥处理，以便获得经过干燥的碳基原料；
将所述经过干燥的碳基原料和钙基原料分别进行粉碎处理，以便获得碳基粉末和钙基粉末；
将所述碳基粉末和钙基粉末进行混合处理，以便获得混合物料；
将所述混合物料进行成型处理，以便获得块状物料；
将所述块状物料进行热解处理，以便获得高热值合成气体、焦油和热解固体产物，其中，所述热解固体产物含有选自焦炭、半焦、炭黑中的至少一种和生石灰；以及
将所述热解固体产物在温度不低于450摄氏度时输入至电弧炉中，以便在所述电弧炉中进行冶炼处理，并且获得所述电石，
其中，所述碳基粉末和钙基粉末的平均粒度均为小于50微米。
2.根据权利要求1所述的制备电石的方法，其特征在于，所述碳基原料为原煤、轮胎、城市生活垃圾和生物质中至少一种，所述钙基原料为生石灰、石灰石和熟石灰中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备电石的方法，其特征在于，用于所述干燥处理的饱和蒸汽的压力为0.8MPa。
4.根据权利要求1所述的制备电石的方法，其特征在于，所述碳基粉末和钙基粉末的平均粒度均为小于10微米。
5.根据权利要求1所述的制备电石的方法，其特征在于，所述块状物料的当量直径为10～40毫米。
6.根据权利要求1所述的制备电石的方法，其特征在于，所述碳基粉末和钙基粉末按照质量比为1：0.8～2.1进行混合处理。
7.根据权利要求1所述的制备电石的方法，其特征在于，所述热解处理是在450～1000摄氏度下进行1小时。
8.根据权利要求7所述的制备电石的方法，其特征在于，所述热解处理是在800摄氏度下进行1小时。
9.根据权利要求1所述的制备电石的方法，其特征在于，所述冶炼处理是在1400～2000摄氏度下进行5～90分钟。
10.根据权利要求9所述的制备电石的方法，其特征在于，所述冶炼处理是在1600～1800摄氏度下进行10～12分钟。
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